Simografo per prospezione sismica

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Salve a tutti!

venuto a conoscenza della scheda arduino mi sono chiesto se questa può fare al caso mio.
non essendo un tecnico mi rivolgo al forum sperando di ottenere qualche risposta.
Vorrei costruire un sismografo digitale per indagini sismiche che sia concorrenziale con ciò che si trova in commercio e vorrei sapere se la scheda arduino me lo può permettere.

il sistema deve avere le seguenti caratteristiche:
24 canali
conversione AD a 24 Bit
almeno 8000 campioni al secondo per canale
filtro 50/60hz
filtro anti aliasing
registrare fino a 30 secondi in contiuno, in questo caso la frequenza di canpionamenti può essre abbassata a 250 Hz.

grosso modo sono queste le caratteristiche principali
non me lo voglio fare gratis ma non voglio nemmeno spendere minimo 15000 euro solo per il sismografo + al qule vanno poi aggiunti cavi geofoni e software

in anticipo ringrazio chi mi dovesse dare qualche risposta

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Ciao,
non mi intendo di sismografia, però quello che mi viene da pensare è che i costi di tali apparecchiature siano elevati perchè non hanno un ampio mercato e perchè effettuano misure che sono "raffinate".

Ottenere lo stesso risultato di apparecchiature professionali secondo me è un po' difficile, in primo luogo perchè richiede molta competenza, soprattutto elettronica e di programmazione.

Siccome tutte le applicazioni che riguardano la fisica mi interessano e mi affascinano, mi sono documentato un po' e con stupore ho scoperto che artigianalmente si può fare molto e probabilmente Arduino potrebbe fare al caso tuo.

Ho letto anche che per avere una sensibilà come quella di un AD 24 bit potresti amplificare il segnale e usare un AD con meno bit.
http://www.dolang.it/easyNews/NewsLeggi.asp?IDNews=26

Gli ADC degli ingressi analogici di qualsiasi versione di Arduino sono a 10 bit, quindi se vorrai avere un'accuratezza e una risoluzione di 24 bit dovrai mettere un ADC esterno che comunichi con Arduino, con un un protocollo seriale (TWI, SPI, I2C).

Se poi vuoi avere 24 canali, a maggior ragione dovrai mettere degli adc esterni.

Per la registrazione puoi usare la eeprom, o addirittura degli shield (espansioni) che ti permettono di usare una sd o una chiavetta usb, oppure usare la comunicazione seriale per mandare i dati direttamente al pc.

Buon lavoro!
Se userai Arduino, tienici aggiornati!!!

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prima di tutto grazie per la risposta!!!

già ho qualche speranza!!

ti dico esistono esempi di sismografi autocostruiti usando tutorial della texas instrument e della Analog Device;purtroppo di quest'ultima l'adc converter l'ad1555, se non ricordo male la sigla, non lo fanno più e dall'idea che mi sono fatto è che non sono inferiori a quelli come il ras 24 dell'Abem secondo me lavorando dietro al firmware si possono ottenere buoni risultati.
però se possibile mi piacerebbe percorrere la strada dell'open source.

ma 24 adc 24bit li riesce a gestire la scheda arduino senza perdita di dati...?ne vorrei mettere 24 perchè non voglio multiplexxare

comunque grazie ancora

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dimenticavo....ma quanto costa la scheda arduino che fa per me?
e come si fa ad averne una tanto per cominciare a fare dei tests?

ciao

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Sicuramente ti conviene una arduino mega che ha un bel po di memoria di porte di comunicazione e di entrate/uscite.

Il costo della scheda 50/60 euro.

Pero' per avere 24 ADC a 24 bit devi multiplexare per forza, li leggi uno dopo l'altro attraverso un bus di comunicazione, 8.000 campioni al secondo per 24 canalisono tanti devi usare un bus veloce.

Un adc di esempio:

Veloce, 3 canali uart e SPI come bus.

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Senza considerare che gli adc a 24 bit hanno sicuramente un costo abbastanza alto, multiplexare ti fa risparmiare, tanto i campioni non li acquisiresti contemporaneamente lo stesso.

Stavo anche pensando che Arduino usa microcontrollori con architettura a 8 bit, il che vuol dire che può processare 8 bit alla volta. Un dato a 24 bit richiederà 3 operazioni per essere processato, però non ho idea di quanto influisca in termini di prestazioni. Esistono micro a 16 e 32 bit che sicuramente sarebbero più adatti.
L'ambiente Arduino sicuramente ti darà la possibilità di ottenere un risultato con minori difficoltà rispetto ad altri ambienti di sviluppo, magari inizia "in piccolo" un Duemilanove e un solo ADC a più canali.

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grazie ci sentiamo il fine settimana quando avrò altis dubbi adesso sono in cantiere ed è molto difficile navigare con un nokia 6220

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Ciao a tutti!

vediamo se ho capito la questione....!

per fare ciò che chiedo praticamente se volessi un 24 canali con un ADC per canale dovrei collegare tutti e 24 gli ADC ad un BUS di cmunicazione che comunica con la scheda arduino...giusto? e il multiplexer dove va.

io non volevo multiplexare perchè alcuni venditori dicevano che si perdevano dei dati, ma credo che il multiplexer in quel caso comunicasse direttamente con più sensori che mandavano dati ad un unico convertitore adc.

se però utilizzo tanti adc quanti sono i sensori e multiplexo dopo gli adc non dovrei perdere dei dati....giusto?

tanto per cominciare che multiplexer e che bus mi consigliate?
dimenticavo gli adc consigliati in letteratura per tali applicazioni sono i sigma delta

se ho capito bene le cose che mi avete detto non vi rompo più le scatole...magri qualche domandina ogni tanto.... ;)poi se riesco a combinare qualcosa vi faccio sapere

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Vediamo di non confodere il multiplexare con altre cose.

Ad esempio con l'ADC di cui ti ho dato il link piu su hai 3 canali a 24 bit, tramite uart o SPI richiedi i dati dei 3 canali uno dietro l'altro, per il tuo scopo ci vorrebbero 8 adc a 3 canali da interrogare in sequenza.
La cosa migliore sarebbe iniziare con 1 ADC e leggere i sui 3 canali, poi aggiungere un secondo ADC e vedee che velocita di lettura puoi avere.
Se usi il UART o SPI arduino puoi leggerli e inviare al PC i dati che vuoi elaborare.
Inizia con poco e poi aggiungi, il trucco e' qui se non hai grossi budget e comprare apparati specifici.

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Caro geosimone...

ho letto con interesse il tuo post
Tu hai indicato i parametri tecnici di una configurazione di un sismografo superdotato....
Ti ricordo però che i primi sismografi avevano tecnologia a 8 bit costavano 40.000.000 lire e permettevano di fare una ottima sismica.

Esistono due maniere per affrontare il problema

  1. il primo adottando le massime potenzialità che offre il mercato tipo la ferrari per poi non poter superare i 130 km/h sull'autostrada
  2. usare strumentazioni meno soffisticate ( una Fiat 100 che può raggiungere i 130 km/h sull'autostrada) e dotarla di sitemi software hardware intelligenti che cercano di autosettarsi automaticamente per ridurre il divario tecnologico e sfruttare al massimo la tecnologia a disposizione.

faccio un esempio:
se vogliamo registrare un terremoto possiamo usare un adc a 24 bit
che ha una buona dinamica , ma anche al limite un acquisitore a 8 bit intelligente che durante l'acquisizione verifichi il valore massimo acquisito nell'ultimo secondo e in base a ciò piloti un amplificatore a guadagno variabile.
E' sufficiente, in fase di registrazione salvare il valore letto moltiplicandolo per il gain applicato in quell'istante.
In questo modo di ha una dinamica ( caso limite ) per un 8 bit e gain 4096 pari a un adconverter = a un 20 bit
se utilizziamo un 16 bit con cain 1024 otteneiamo un acquisitore equivalente a un 28 bit ecc.
Non dimentichiamo che oltrepassando la sensibilità di un 16 bit con gain 1 incominciamo a registrare i microtremori, quindi utilizzando una dinamica a 24 bit o equivalente superiore il rumore ambientale ed hardware incide di un fattore +/- 250 --- +/- 1024 , amplificare a 10 metri do un treno in partenza il suono di una banda, amplificando il segnale , amplificheremo anche il rumore e quindi le cose non cambiano...

Il discorso potrebbe diventare molto lungo, preferisco non andare oltre....

Torniamo al tuo progetto.

da qualche mese ache io sto sperimentando l'arduino per realizzare un progetto analogo.

Ho fatto dei test:

per stazione sismica a 1/3 canali non ci sono problemi *
acquisizione e visualizzazione in tempo reale.
fattibile 20 100 campioni per canale ( di più non servono ), massimo 3 canali.

vedere il video: 1) HVSR sismografo, tromografo, ARDUINO, masw, geophysic, elettronicain, sismologia - YouTube

Per prove hvsr a tre canali acquisendo e poi visualizzando il segnale si può superare abbondantemente i 150 - 200 campioni al secondo, frequenza utilizzata normalmente per questa applicazione ( si può arrivare e superare i 1500 campioni al secondo per canale ( massimo 3 )

Per il remi e masw si possono raggiungere i 500 campioni x 6 canali , pertanto se si vuole un 24 canali occorrono 2 a 4 arduini

Per la rifrazione e riflessione la cosa è fattibile utilizzando di ogni arduino al massimo 3 canali, in questo modo la frequenza a canale potrebbe essere portata a 2000 + campioni a canale , occorrono 6 arduini

Da test fatti ogni arduino per frazioni di tempo brevi per rifrazione ( attivando solo 1 canale si possono acquisire oltre 8500 campioni a canale) , riducendo tale velocità si può allungare la durata dell'acquisizione.

Essendo Arduino un 10 bit è carente di dinamica ma si può ovviare con un gain variabile e una gestione software intelligente progetto che vorrei presentare ai tecnici dell'Arduino per produrlo di serie e metterlo a catalogo, sono molto sicuro che la cosa del genere sarebbe molto apprezzata da tutti noi.

Anche se quest'ultima applicazione è fattibile la mia idea è quella di fare qualcosa di diverso dal sismografo tradizionale.

Se ci si guarda attorno esistono anche unità di acquisizoni tradizionali a 16 bit - 24 canali con gain settabile per ogni singolo canale 1 - 100 del costo di un migliaio di euro e frequenza di campionamento elevatissima >> a quella necessaria, il tutto contenuto in un volume di 12 x 12 x 4 usb ( 24 arduini ( 1 per canale) + amplificatori + assemblaggio avrebbe il medesimo costo con prestazioni inferiori....

  • Nota: attenzione, i valori orientativi indicati sono riferiti a routinne di acquisizione molto compatte e coadiuvate da un PC relativamente veloce per il trattamento dei dati e diversificate bassa velocità , media velocità , elevata velocità.
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Ciao a tutti

Non sono d' accordo

24 canali con 8000 misure e con 3Byte sono giá 500kHz di dati.
Se li vuoi memorizzare (eeprom interna o esterne sono troppo lente) hai un altra volta 500khz di dati che escono da Arduino e vanno alla memoria.

L' arduino per questo é troppo poco potente.

L'alternativa vedo un PC con una scheda audio professionale che ha abbastanza entrate e anche la risouzione richiesta.
(costa qualche centinaio di Euro).

Poi qualcuno mi deve spiegare perché sono un ADC con 8 bit e un amplificatore confrontabili a un ADC a 24 bit?

Il problema con un Sismografo é che si hanno dei segnali piccoli di scosse inpercepibili o del vicino che si é alzato e va al frigo a prensdersi una birra e nel caso di un terremoto dei segnali molto ampi.

Il range di dinamica é la differenza tra l'ampiazza del segnale minimo e quello massimo.

Quant é la banda di frequenza che si misurano coi sismografi?

Ciao Uwe

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caro uwefed mi spiego meglio:

24 canali con 8000 misure e con 3Byte sono giá 500kHz di dati.
Se li vuoi memorizzare (eeprom interna o esterne sono troppo lente) hai un altra volta 500khz di dati che escono da Arduino e vanno alla memoria.

La tua osservazione è giusta se ti riferisci alla rifrazione, per masw remi e hvsr 500 hz sono sufficienti 8 occorre analizzare ferquenza massime si 20 80 hz.
per la rifrazione si potrebbereo usare 12 arduini che in funzione della frequenza di acquisizione che si vuole utilizzare la durata può variare da 1/10 si secondo 8000 hz circa fino ed oltre i 500 msec
Ma questa soluzione la sconsiglio perchè ( come ho scritto ) esistono acquisitori a 24 bit usb a 16 bit con gani settabile per ogni singolo canale da 1 a 100 x delle dimensioni di un smq e del peso di qualche ettogrammo.... costo 1000 euro ( meno di 24 arduini + 24 amlificatori, assemblaggio e molto più veloce 1 ghz multiplex.

L' arduino per questo é troppo poco potente.

si certo ma il bello è proprio qui, realizzare qualcosa di funzionale con un acquisitore al limite. in passato si lavorava con acquisitori a 8 / 12 bit , cioè con valori +/- 125 +/- 512 0pportunamente amplificati
Ora si è andati a valori di +/- (2^24)/2
ma il rapporto segnale / rumore rimane sempre il medesimo
sono sicuro se dovessero essere commercializzati acquisitori a 32 o 64 bit molti produttori costruirebbero strumenti del genere , in questo modo 20 bit sarebbe il segnale vero massimo 12 - 48 bit non sarebbe altro che rumore ............. e il rapporto segnale rumore sarebbe sempre uguale a quello di un 8 bit adeguatamente amplificato......!!!!!!!!!!!!!!

L'alternativa vedo un PC con una scheda audio professionale che ha abbastanza entrate e anche la risouzione richiesta.
(costa qualche centinaio di Euro).

Certo, già realizzato il sismografo sound blaster, prestazioni in sensibilità e qualità del segnale ottimo

Sound Blaster, seismograph, Geophysical, Geofisica, Geologia,geophysics,masw - YouTube
il link è una verisnte per stazione sismica

Problemi eccessiva velocità di acquisizione scheda audio minimo 8000, non è un problema si buttano via dei dati

e canali per avere un 12 canali ne occorrono 6, tener con un 4 core si potrebbero gestire 16 canali con notevoli problemi software, addomesticare una scheda audio non è facile, 16 ancora di più

Per la sismica a rifrazione non ci sono problemi, ma per il masw, remi, hvsr il problema più grosso è che la sound blaster e filtrata per frequenze sotto i 7 -10 hz, proprio i valori che interessano i metodi basati sui microtremori.( motivo che mi ha fatto desistere di portare avanti il progetto.
si può ovviare o costruendo una set di 6 - 8 schede audio non filtrati, o co particolari tecniche che permettono di portare ad un paio di hz la frequenza minima ma che non mi convincono sulla bontà del risultato finale ...

Poi qualcuno mi deve spiegare perché sono un ADC con 8 bit e un amplificatore confrontabili a un ADC a 24 bit?

Non ho capito la tua domanda...
prendiamo l'arduino 10 bit che amplificato con gain 1000 x ha una dinamica pari a 10 bit che amplificato di 10024 x ottiene una sensibilità finale pare a quella di un 20 bit ( andare oltre i 20 bit si acquisisce solo rumore ambientale e strumentale. ( tenere presente che se un 24 bit si tira su frequenza superiori a 2000 4000 hz perde dinamica di almeno 2/4 bit...

logicamente il 24 bit ha una maggiore " frofondità di campo " se vogliamo usare un termine della fotografia, ma con opportune opzioni software è possibile settare il 10 bit in modo da avere un giusto settaggio dell'amplificatore.

"Il problema con un Sismografo é che si hanno dei segnali"

attenzione , stiamo parlado di sismica indotta o microtremori e non di sismologia ( terremoti)
In tutti i casi si può settare l'amplificazione istante per istante pilotando l'amplificatore ( aumentere l'amplificazione se si riducono le vibrazioni , il contrario se aumentano)

Il range di dinamica é la differenza tra l'ampiazza del segnale minimo e quello massimo.

giusto ( per i terremoti non va bene neanche il 24 bit ad ogni valore di scala l'amplificazione aumenta di 36 volte se ricordo bene, e i valori di scala sono una decina... va il conto e vedrai che >> si 2^24

Quant é la banda di frequenza che si misurano coi sismografi?
per la sismologia, hvsr, da 0.1 a 30 hz
masw e remi 2- 100 hz
per rifrazione 5 - 500 hz